KR20190106565A - 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료 및 이를 이용한 상도용 우레탄 코팅막 형성방법 - Google Patents

Abstract

2액형 폴리우레탄 코팅도료는 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지를 포함하는 주제부와 폴리이소시아네이트를 포함하는 경화제부로 구성된다. 이때, 상기 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 주제부 100 중량부에 대하여 히드록실기를 함유하고, 수평균 분자량이 5,000 내지 45,000인 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부 및 상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 보다 높은 수평균 분자량을 갖는 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부를 포함한다.

Description

수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료 및 이를 이용한 상도용 우레탄 코팅막 형성방법{WATERBORNE TWO-COMPONENT TYPE POLYURETHANE COATING PAINT AND METHOD OF FORMING POLYURETHANE COATING FILM USING THE SAME}

본 발명은 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료 및 이를 이용한 상도용 우레탄 코팅막 형성방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 히드록실기를 함유하는 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지가 적용되는 주제부를 포함하는 2액형 폴리우레탄 코팅도료 및 이를 이용하여 광택도가 높고 내후성이 우수하며, 부착성과 기계적물성이 우수한 상도용 우레탄 코팅막을 형성하는 방법에 관한 것이다.

현대 히드록실기와 이소시아네이트기의 반응으로 형성되는 폴리우레탄 코팅은 우수한 내화학성과 내후성, 기계적 물성으로 수 십년에 걸쳐 산업 전반적으로 이용되고 있다.

가장 큰 특징으로는 상온 경화 혹은 저온(60℃~80℃)경화가 가능하여 피도물의 크기나 형태에 크게 구애받지 않고 도장 할 수 있는 장점이 있다. 또한 내후성이 우수하여 외부에 오랜 시간 방치되어도 변색이나 광택소실 현상이 적고, 내수성 및 내화학성이 우수하여 산성비나 폭우 등의 극한 환경에 도막의 변화가 적은 장점이 있어 자동차나 트럭, 버스, 기차 등 운송 수단의 외장용 마감도료로 많이 사용되고 있다.

다만, 폴리아크릴레이트 수지 특성상 고형분이 높아질수록 그 점도가 급격히 상승하기 때문에 양호한 작업성을 나타내는 점도를 맞추기 위해서는 휘발성 유기 화합물인 "유기 용제"의 사용이 불가피하다. 휘발성 유기 화합물은 대기질과 오존층을 오염 및 파괴하는 주요 원인 중 하나로써,유럽과 미국에서는 그 사용량을 강력하게 규제하고 있고 중국과 한국에서도 도료 내 휘발성 유기용제 함량을 일정 수준 이하로 규제, 관리하고 있다.

세계적으로 지구 온난화가 심각해지고 환경에 대한 관심이 높아지면서 도료내 휘발성 유기용제 함량 (이하 VOC)에 대한 규제도 강화되고 있을 뿐만 아니라,각종 산업현장에서도 유해가스 배출량 조사 등이 시행되고 있어 도료 제조사 뿐만 아니라 도료 사용자까지도 환경에 대한 규제와 관리를 받기 시작했고 이 때문에 친환경 제품에 대한 수요는 나날이 늘어가고 있는 실정이다.

희석제로 유기 용제가 아닌 물을 사용하는 수성 또는 수용성 폴리우레탄 코팅은 과거부터 그 연구가 활발히 이루어져 왔고, 현재는 자동차용 또는 자동차 보수용 베이스코트의 많은 부분이 수분산 폴리우레탄 수지 또는 이와 수계형 폴리에스테르계 및 수계형 폴리아크릴레이트 수지를 혼합한 것을 사용한 도료로 전환되어 도장되고 있고, 자동차 내장재용 도료로 가죽과 같은 질감을 나타내거나 부드러운 촉감을 나타내는 도료 역시 수분산 폴리우레탄 수지를 주체로 사용한 도료를 적용하고 있다.

자동차용 또는 자동차 보수용 베이스코트는 그 위에 투명 보호층인 크리어코트가 추가로 도장되기 때문에 내후성 및 내수성 등 외부 요인에 대한 저항 특성이 크게 요구되지 않는 특징이 있고 내장재용 질감 도료 혹은 촉감 도료는 광택 수치가 일반적으로 20이하로 도막의 광택이 반광 혹은 무광으로 나타나는 특징이 있다.

상기한 2종의 도료 모두 높은 광택도과 우수한 내후성을 나타내는 상도 마감용 도료로는 적합하지 않아 오늘날까지도 많은 산업 현장에서 상도 마감용 도료로 수계형이 아닌 용제형 2액형 폴리우레탄 코팅이 사용되고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 내후성, 내화학성, 기계적 물성이 우수한 동시에 VOC함량이 매우 낮고 친환경적인 상도 마감용 폴리우레탄 도막을 형성하기 위해 히드록실기를 함유하는 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 2종을 포함하는 주제부와 폴리이소시아네이트 수지를 포함하는 경화제부로 이루어진 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

또한 본 발명은 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료를 이용하여 내후성, 내화학성,기계적 물성이 우수한 동시에 VOC함량이 매우 낮고 친환경적인 상도 마감용 폴리우레탄 도막을 형성하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지를 포함하는 주제부와 폴리이소시아네이트를 포함하는 경화제부로 구성된다. 이때, 상기 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 주제부 100 중량부에 대하여 히드록실기를 함유하고, 수평균 분자량이 5,000 내지 45,000인 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부 및 상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 보다 높은 수평균 분자량을 갖는 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 고형분 함량이 40 내지 55중량%이고, PH가 6~10 범위이고, 점도가 1,000~5,000 mPa.s(23℃)이고 히드록실기 함량이 고형분 기준으로 약 3 내지 4중량%이고, 산가가 5~15mg KOH/g인 것을 사용할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 수평균 분자량이 50,000 내지 100,000이고, 고형분 함량이 45 내지 60 중량%이고, PH가 5~9범위이고, 점도가 1,000~4,000 mPa.s(23℃)이고, 히드록실기 함량이 고형분 기준으로 3 내지 5중량%인 것을 사용할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 주제부는 프로필렌 글리콜 디아세테이트 (CAS : 623-84-7), 디프로필렌 글리콜 n-부틸에테르 (CAS : 29911-28-2), 디에틸렌 글리콜 모노부틸에테르 (CAS : 112-34-5), 디에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르 아세테이트 (CAS : 124-17-4) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 주제부는 안료를 15 내지 40 중량부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 경화제부의 폴리이소시아네이트는 수계형 폴리이소시아네이트와 용제형 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 상도 마감용 우레탄 코팅막을 형성할 수 있다.

상기 과제를 달성한 상도 마감용 우레탄 코팅막울 형성하기 위하여 히드록실기를 함유하고, 수평균 분자량이 5,000 내지 45,000인 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부 및 상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 보다 높은 수평균 분자량을 갖는 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부를 포함하는 주제부와, 폴리이소시아네이트를 포함하는 경화제부로 구성되는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료의 상기 주제부와 경화제부를 혼합하는 단계와, 상기 주제부와 경화제부가 혼합된 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료를 대상체의 표면에 코팅하는 단계 및 건조시키는 단계를 수행한다.

상술한 봐와 같은 조성을 갖는 본 발명의 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 분자량이 서로 다른 2종의 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지를 주제부에 사용함으로서 내후성, 내화학성, 기계적 물성이 우수한 동시에 VOC함량이 매우 낮고 친환경적인 상도 마감용 폴리우레탄 도막을 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료 및 이를 이용한 상도용 우레탄 코팅막의 형성방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료

본 발명의 일 실시예에 따른 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 서로 다른 수평균 분자량을 갖는 2종의 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지를 포함하는 주제부와 폴리이소시아네이트를 포함하는 경화제부로 구성된다.

이때, 상기 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 히드록실기를 함유하고, 수평균 분자량이 5,000 내지 45,000인 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 및 상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 보다 높은 수평균 분자량을 갖는 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지를 포함한다. 즉, 본 발명의 2액형 폴리우레탄 코팅도료의 주제부는 서로다른 분자량을 갖는 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지와 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지를 혼합 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 주제부에 적용되는 상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 고형분 함량이 40~55중량%이고, PH가 6~10 범위이고, 점도가 1,000~5,000 mPa.s(23℃)이고 히드록실기 함량이 고형분 기준으로 약 3 내지 4중량%이고, 산가가 5~15mg KOH/g인 것을 사용할 수 있다.

상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 분자량이 5,000 미만일 경우 제대로 된 물성이 발현되기 어렵고 45,000을 초과하는 경우 외관과 레벨링이 떨어질 수 있다. 가장 바람직하게는 20,000 내지 30,000이 적합하다.

상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 고형분 함량이 40중량%미만일 경우 소재에 대한 부착성이 저하되고 살오름성이 떨어져 고광택의 외관을 얻기가 어렵고 60중량%를 초과할 경우 재료비가 상승하고 은폐가 저하될 수 있다.

상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 PH가 6 미만이거나 10을 초과할 경우 안정성이 떨어질 문제가 있다. 바람직하게는 PH는 7 내지 8이 적합하다. 상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 점도가 1,000mPa.s 미만일 경우 수직면에서 흘러내리는 문제가 있을 수 있고 5,000mPa.s를 초과할 경우 안료 분산성이 떨어지고 오렌지필이 발생할 수 있다.

상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 히드록실기 함량이 고형분 기준으로 3중량% 미만일 경우 가교 밀도가 낮아져 부착성과 내굴곡성이 떨어질 문제가 있고 4중량% 초과할 경우 상응하는 폴리이소시아네이트의 함량도 같이 높아져 도료 가격이 상승하는 문제가 있고 건조가 지연되는 문제점이 초래된다.

상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 산가가 5mg KOH/g 미만일 경우 안료 분산성이 떨어질 수 있고 15mg KOH/g을 초과하는 경우 안정성이 떨어지고 도료 내 다른 성분들에 영향을 받아 경시변화가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료의 주제부에 적용되는 상기 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 수평균 분자량이 50,000 내지 100,000이고, 고형분 함량이 45~60 중량%이고, PH가 5~9범위이고, 점도가 1,000~4,000 mPa.s(23℃)이고, 히드록실기 함량이 고형분 기준으로 3 내지 5중량%인 것을 사용할 수 있다.

상기 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 수평균 분자량이 50,000 미만이면 내수성 및 부착성이 저하되고, 수평균 분자량이 100,000 이상이면 높은 점도로 인해 도료의 레올로지 제어가 어려운 문제가 초래된다. 더욱 바람직하게는 60,000에서 80,000 사이가 적합하다.

상기 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 고형분 함량이 45중량% 미만일 경우 도막의 내화학성이 나빠질 문제가 있고, 60중량%를 초과할 경우 도료 가격 상승과 은폐 저하의 문제가 초래된다. 상기 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 PH가 5~9 범위를 벗어날 경우 안정성이 떨어지는 문제가 있고, 바람직하게는 PH는 7 내지 8이 적합하다.

상기 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 점도가 1,000mPa.s 미만일 경우 역시 수직면에서 흘러내릴 문제가 있고 4,000mPa.s 를 초과할 경우 오렌지필이 발생할 문제가 있다. 또한, 상기 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 히드록실기 함량이 고형분 기준으로 3중량% 미만일 경우 마찬가지로 가교밀도 저하에 따른 부착 불량과 내굴곡성이 저하될 문제가 있고, 히드록실기 함량이 고형분 기준으로 5중량%를 초과할 경우 상응하는 폴리이소시아네이트 수지의 함량이 늘어나 도료 가격이 상승하고 건조가 지연되는 문제점이 초래된다.

일 예로서, 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 산가는 상술한 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 산가를 통해 도료에 적용되는 안료의 분산성이 이미 확보되어 있으므로 극미량이거나 없어도 무방하다.

본 발명의 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료의 주제부에 적용되는 2종 수지인 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지와 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 도료 주제부 100 중량부에 대하여 약 15 내지 40중량부의 범위 내에서 각각 사용할 수 있다. 즉, 주제부 100 중량부를 기준으로 할 때 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부, 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부의 범위 내에서 사용할 수 있다. 제1 및 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지의 사용량은 도장하고자 하는 면적과 주요 요구 물성, 환경에 따라 상술한 범위내에서 적절하게 변경 가능하다.

제1 또는 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 사용량이 15 중량부 미만일 경우 형성되는 건조도막 두께가 낮아 부착성과 내수성 등의 물성을 확보하기 어렵고, 40 중량%를 초과할 경우 도막 내에 잔존하는 기포와 이산화탄소 가스가 도막 밖으로 배출되지 못하고 안에서 갇히는 핀홀 또는 파핑 등의 이현상 발생되는 문제점이 초래된다. 바람직하게는 제1 또는 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 15 내지 35중량부의 범위 내에서 사용할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명의 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료의 주제부는 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부, 제2 계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부 이외에 통상의 안료 15 내지 40 중량부와 분산제 1 내지 3중량부 및 조용제 3 내지 5 중량부를 포함함으로서 고유의 색상을 낼 수 있다.

이때, 주제부에 적용되는 안료는 도료 제조업체에서 일반적으로 사용하는 분산기기를 사용하여 분산할 수 있으며, 안료와 분산제와 소포제는 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지를 매체로 하여 분산할 수 있고, 또는 탈이온수와 분산제와 소포제만을 매체로 하여 안료를 분산 한 뒤 렛다운 과정에서 이하 도료들을 혼합 할 수도 있다.

일 예로서, 본 발명의 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 소재 웨팅성과 레벨링성을 위해 일반적으로 사용되는 실리콘 계 수계도료용 표면장력 조절제와 레벨링 첨가제가 주제부에 첨가되어 사용될 수 있는데,각각의 첨가제는 활성화분 함량 기준으로 주제부 100중량부 기준으로 0.2 내지 2중량부 범위 내에서 사용될 수 있다. 0.2중량부 미만의 함량에서는 첨가제 본연의 기능이 나타나기 어렵고 2중량부를 초과할 경우 크레이터 등의 이 현상이 발생된다.

일 예로서, 본 발명의 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 스프레이 도장에 적합한 레올로지 특성을 부여하기 위해 일반적으로 사용되는 증점제가 주제부에 포함될 수 있다. 상기 증점제는 우레아계 증점제 보다는 우레탄계 증점제를 사용하는 것이 효과적이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명의 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료의 주제부는 상기한 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부, 제2 계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부 범위 내에서 적정량의 탈이온수(10 내지 20중량부)와 함께 혼합하고 상기한 안료와 분산제, 표면장력 조절제와 레벨링 첨가제 그리고 증점제를 혼합함으로 수득될 수 있다.

일 실시에에 따라, 상지 주제부는 조용제(co-solvent)를 더 포함할 수 있다. 상기 조용제는 특히 도막두께가 두껍거나 도장조건이 가혹한 경우 발생하는 핀홀, 팝핑 등의 이현상을 제거하기 위해 사용된다. 상기 조용제의 예로서는 프로필렌 글리콜 디아세테이트 (CAS : 623-84-7), 디프로필렌 글리콜 n-부틸에테르 (CAS : 29911-28-2), 디에틸렌 글리콜 모노부틸에테르 (CAS : 112-34-5), 디에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르 아세테이트 (CAS : 124-17-4)등을 들 수 있다. 이는 단독 또는 두 가지 이상을 선택, 조합하여 사용할 수 있다.

상기한 조용제들은 모두 끓는점이 200℃이상인 고비점 특징이 있고 주제부 100중량부 기준으로 3 내지 5중량부 범위 내에서 추가 사용할 수 있으면, 앞서 기술한 이현상들을 개선하는데 있어 효과적으로 작용한다. 3중량부 미만에서는 그 효과가 미미하고 5중량부를 초과할 경우 도료의 VOC 수치가 높아지는 단점이 있다.

발명의 일 실시예에 따른 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 주제부 외에도 폴리이소시아네이트를 포함하는 경화제부를 포함한다.

상기 경화제부의 폴리이소시아네이트는 수계형 폴리이소시아네이트와 용제형 폴리이소시아네이트를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 경화제부에 적용되는 폴리이소시아네이트는 그 구조 특성상 물과 친하지 않은 소수성 성질을 띠고 있어 수계형 도료에는 수용성(water soluble)으로 개질된 수계형 폴리이소시아네이트를 사용하는 것이 일반적이나, 수계형 폴리이소시아네이트를 단독으로 사용할 경우 내수성 및 내습성이 취약한 문제가 있어 외장 마감용 탑코트로는 부적한 문제점이 초래된다.

반면에 용제형 폴리이소시아네이트를 단독으로 사용할 경우 내수성과 내습성이 양호하지만 물과 잘 섞이지 않는 성질로 인해 핸드믹싱이 거의 불가능하고 기계로 교반을 해야 하기 때문에 현장 작업 사용조건에 맞지 않는 단점이 있다.

따라서, 도장 작업시 핸드믹싱이 가능하면서 내수성과 내습성의 도막물성을 만족하는 본 발명의 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료를 제조하기 위해서는 경화제부는 수계형 폴리이소시아네이트와 용제형 폴리이소시아네이트 적절한 비율로 혼합사용해야 한다. 바람하게는 수계형 폴리이소시아네이트를 경화제부 100 중량부에 대하여 35 내지 45 중량부 및 용제형 폴리이소시아네이트를 35 내지 45 중량부 범위 내에서 혼합 사용한다.

상기 경화제부는 물이 아닌 용제로만 희석이 가능한데 이는 폴리이소시아네이트가 물과 반응하기 때문에 제조 후 2 내지 3일 내로 굳어지기 때문이다. 이 때에도 용제선택은 주제부에서 언급한 조용제들을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며 그 함량은 경화제 100중량부에 대하여 10 내지 35중량부로 제한된다. 10중량부 미만일 경우 경화제부의 점도가 너무 높아 믹싱이 어렵고 35중량부를 초과할 경우 도료의 VOC 수치가 높아져 친환경도료로 부적합하다.

이하, 본 발명에 친환경적인 상도 마감용 우레탄 코팅막의 형성방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 친환경적인 상도 마감용 우레탄 코팅막 형성하기 위하여 히드록실기를 함유하고, 수평균 분자량이 5,000 내지 45,000인 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 및 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지를 포함하는 주제부와 폴리이소시아네이트를 포함하는 경화제부 각각 마련한다.

보다 구체적으로 상기 주제부는 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40 중량부 및 상기 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40 중량부, 안료 15 내지 40 중량부, 탈이온수 10 내지 20 중량부에 분산되는 소포제와 분산제, 조용제 3 내지 5중량부를 및 증점제를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 경화제부는 수계형 폴리이소시아네이트 35 내지 45 중량부 및 용제형 폴리이소시아네이트를 35 내지 45 중량부, 조용제 10 내지 35중량부를 포함한다.

이어서, 상기 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료의 주제부와 경화제부를 혼합한 후 상기 주제부와 경화제부가 혼합된 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료를 대상체의 표면에 코팅한다. 이때 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 VOC함량이 매우 낮고 친환경적인 상도 마감용 도료이다.

일 예로서, 혼합된 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 상기 주제부와 경화제부가 히드록실기기 : 이소시아네이트기의 당량이 약 1 : 1.2 내지 1.5 이 되도록 혼합한 후 그 점도가 25초 ±2초가 되도록 탈이온수를 희석함으로서 제조될 수 있다.

이어서, 대상체 표면의 표면에 코팅된 코팅막을 건조시켜 내후성, 내화학성, 기계적 물성이 우수한 친환경적인 상도 마감용 폴리우레탄 도막을 형성한다. 상기 폴리우레탄 도막은 약 40 내지 100㎛의 두께로 도장된 후 약 50 내지 70℃에서 건조 켜 형성될 수 있다.

이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명의 효과의 우수성을 보다 구체적으로 설명한다.

[표 1]

- 탈이온수 : 수성 도료 제조용으로 사용되는 순(純)수,

- 분산제 : 수성 무기안료용 분산제 BYK-190 (BYK社)

- 소포제 : 수성 도료용 소포제 TEGO FOAMEX 810 (TEGO社)

- 안료 : 도료용 백색 안료 이산화티타늄 R-902+ (Dupont社)

- 수지1 : 수평균 분자량 5,000 내지 45,000 인 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼(Covestro 社)

- 수지2 : 수평균 분자량 50,000 내지 100,000 인 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 (Covestro 社)

- 수지3 : 수분산 폴리우레탄 디스퍼젼 (Covetstro 社),

- 표면장력조절제 : 수계형 실리콘 첨가제 Surfynol104E (Air product社)

- 레벨링제 : 수계형 레벨링 첨가제 Borchi gol LA-200 (Borchers社)

- 조용제1 : 프로필렌 글리콜 디아세테이트

- 수지3 : 수계형 폴리이소시아네이트 (Covestro 社)

- 수지4 : 용제형 폴리이소시아네이트 (Covestro 社)

- 조용제2 : 디프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르

실시예 1

표 1의 조성에 따라 탈이온수를 교반하면서 분산제와 소포제를 투입 후 안료를 투입하여 RPM 1500의 속도로 20분간 예비분산 실시하였다. 이후 바스켓밀을 사용하여 입도 7NS이하가 될 때까지 30분간 분산을 실시하였다. 이후 분산물을 교반하면서 수지1 32.5 중량부, 수지2 20중량부, 표면장력조절제 0.5중량부, 레벨링제 0.5중량부, 조용제1 4중량부, 증점제 0.5 중량부를 투입하여 주제부를 제조하였다. 이어서, 별도의 용기에 수지3과 수지4를 투입 후 조용제2를 투입하여 800RPM의 속도로 10분간 교반하여 경화제부를 제조하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일한 방법으로 경화제부와 주제부를 제조하되, 표 1의 조성에 따라 탈이온수23.5 중량부, 안료 40중량부, 수지 1 14중량부, 수지2 14중량부를 적용하여 주제부를 제조하였다.

비교예 2

실시예 1과 동일한 방법으로 경화제부와 주제부를 제조하되, 표 1의 조성에 따라 탈이온수 12중량부, 안료 22중량부, 수지 1 34중량부를 적용하여 주제부를 제조하였다

비교예 1

실시예 1과 동일한 방법으로 주제부와 경화제부를 제조하되, 표 1의 조성에 따라 경화부의 제3수지 80 중량부와 조용제 20중량부를 사용하여 경화제부를 제조하였다.

평가예

이상의 실시예1, 비교예 1 ~3의 주제부와 경화제부로 이루어진 도료를 이소시아네이트기 : 히드록실기의 당량이 약 1.5 :1 이 되도록 혼합한 후 그 점도가 25초 ㅁ 2초가 되도록 탈이온수를 희석하였다.

이후, 연마 및 탈지된 철판에 하도용 도료인 하이큐 푸라서페 PS-330 (노루페인트社)를 2회 도장하여 60℃에서 30분 건조 후 400목 샌드페이퍼로 연마 한 뒤 탈지하여 그 위에 상기의 실시예1, 비교예 1 내지 3의 도료를 각각 건조도막 두께 약 60㎛이 되게 도장한 후 60℃에서 30분 건조 후 상온에 7일간 방치한 뒤 그 성능과 품질을 아와 같은 방법으로 평가하여 그 결과를 아래 표 2에 개시하였다.

- 광택도 : 광택기(BYK社)를 사용하여 20°와 60°의 광택을 측정하였다.

- 외관 : 도막에 비친 사물이 얼마나 선명하고 맑은지의 여부와 핀홀이나 기타 이현상이 없는지를 육안으로 판단하였다.

- 부착성 : 도막에 커터칼로 2mm 간격의 바둑판 눈금 100개를 그어 스카치테이프를 그 위에 붙인 후 90°방향으로 뜯어내어 도막의 손상여부를 ASTM D3002 및 D3359에 의거하여 평가하였다.

- 내수성 : 시편을 40℃의 물에 침수하여 7일간 방치 후 꺼낸 다음 24시간 상온에 방치한 뒤 도막 상태를 육안으로 관찰하였다.

- 내후성 : Daylight 필터가 장착된 Weather-O-meter 기기에 1000시간 시험 진행 후 색차와 광택보존율을 측정하였다.

- 연필경도 : 미쯔비시 연필을 사용하여 하중 1kg, 각도 45°의 조건으로 도막 표면을 긁어 도막에 흠집이 나지 않는 최고 경도를 측정하였다.

[표 2]

상기 표 2의 결과에서 알 수 있듯이 실시예 1은 자동차 및 운송 수단의 외장 마감 상도로서 손색이 없으나 비교예 1은 도막에 핀홀이 발생하여 부적합하고, 비교예 2와 비교예 3은 내수성에서 블리스터가 발생하였고 도막경도와 내후성이 저하되어 외장 마감 상도용 도료로 부적합함이 확인되었다.

Claims (8)

1. 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지를 포함하는 주제부와 폴리이소시아네이트를 포함하는 경화제부로 구성되는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료에 있어서,
   상기 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 히드록실기를 함유하고, 수평균 분자량이 5,000 내지 45,000인 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부 및 상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 보다 높은 수평균 분자량을 갖는 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부를 포함하는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료.
2. 제1항에 있어서, 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 고형분 함량이 40~55중량%이고, PH가 6~10 범위이고, 점도가 1,000~5,000 mPa.s(23℃)이고 히드록실기 함량이 고형분 기준으로 약 3 내지 4중량%이고, 산가가 5~15mg KOH/g인 것을 특징으로 하는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지는 수평균 분자량이 50,000 내지 100,000이고, 고형분 함량이 45~60 중량%이고, PH가 5~9범위이고, 점도가 1,000~4,000 mPa.s(23℃)이고, 히드록실기 함량이 고형분 기준으로 3 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료.
4. 제1항에 있어서, 상기 주제부는 프로필렌 글리콜 디아세테이트 (CAS : 623-84-7), 디프로필렌 글리콜 n-부틸에테르 (CAS : 29911-28-2), 디에틸렌 글리콜 모노부틸에테르 (CAS : 112-34-5), 디에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르 아세테이트 (CAS : 124-17-4) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료.
5. 제1항에 있어서, 상기 주제부는 안료를 15 내지 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료.
6. 제1항에 있어서, 상기 경화제부의 폴리이소시아네이트는 수계형 폴리이소시아네이트와 용제형 폴리이소시아네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료.
7. 제1항에 있어서, 상기 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료는 상도 마감용 우레탄 코팅막을 형성하기 위한 도료인 것을 특징으로 하는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료.
8. 히드록실기를 함유하고, 수평균 분자량이 5,000 내지 45,000인 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부 및 상기 제1 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 보다 높은 수평균 분자량을 갖는 제2 수계형 폴리아크릴레이트 디스퍼젼 수지 15 내지 40중량부를 포함하는 주제부와, 폴리이소시아네이트를 포함하는 경화제부로 구성되는 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료의 상기 주제부와 경화제부를 혼합하는 단계;
   상기 주제부와 경화제부가 혼합된 수성 2액형 폴리우레탄 코팅도료를 대상체의 표면에 코팅하는 단계; 및
   경화시키는 단계를 수행하여 광택도와 내후성이 높은 우레탄 코팅막을 형성하는 상도용 우레탄 코팅막 형성방법.